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擠出成型既是一種高效、連續(xù)、低成本、適應(yīng)面寬的加工成型方法，同時(shí)又是一種低精密度、低附加值的成型加工方法。開(kāi)發(fā)精密擠出成型技術(shù)和裝備，滿(mǎn)足各種精密制品的成型加工要求，使擠出成型成為一種高精密度、高附加值的加工方法是當(dāng)前聚合物加工技術(shù)的研發(fā)熱點(diǎn)之一。              開(kāi)發(fā)精密擠出成型技術(shù)的必要性                  精密擠出成型是一種通過(guò)對(duì)擠出過(guò)程要素的精確控制，實(shí)現(xiàn)制品幾何尺寸高精密化和材料微觀形態(tài)高均勻化的成型過(guò)程。精密擠出成型的主要特征為：擠出過(guò)程中工藝參數(shù)波動(dòng)很小，擠出設(shè)備工作狀態(tài)非常穩(wěn)定，所成型制品的幾何精度比常規(guī)擠出成型方法提高50％以上。開(kāi)發(fā)精密擠出技術(shù)的迫切性主要表現(xiàn)在以下方面。                  （1）高精密制品成型的需要：以光導(dǎo)纖維、醫(yī)用導(dǎo)管、音像片基、照像膠片片基、投影膠片為代表的一系列高精密制品的市場(chǎng)需求與日俱增。這類(lèi)制品幾何精度往往比普通制品提高50%以上，普通擠出成型設(shè)備對(duì)這些精密制品是無(wú)能為力的，而必須采用精密擠出成型設(shè)備與技術(shù)完成成型加工。         （2）特種材料加工成型的要求：對(duì)一些危險(xiǎn)和有毒物料的加工需要精密擠出裝備。如含紅磷類(lèi)聚合物復(fù)合材料的擠出，就需要嚴(yán)格地控制擠出工藝，因?yàn)榧t磷很容易燃燒，擠出工藝控制不好，具有很大的危險(xiǎn)性。一些工程塑料在高溫下會(huì)分解出對(duì)機(jī)器有腐蝕性、對(duì)人體有害的低分子揮發(fā)物。如聚四氟乙烯（PTFE）和乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）在一定溫度下就會(huì)分解出氟化氫氣體，該氣體對(duì)擠出設(shè)備有極強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)人體的肝臟有很大的損傷，該氣體還會(huì)引發(fā)PTFE和ETPE的連鎖降解反應(yīng)，因而必須嚴(yán)格加以限制。在軍工領(lǐng)域，擠出機(jī)可以用于炸藥的加工，其危險(xiǎn)性不言而喻，除了塑化系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)和精密加工外，擠出工藝的嚴(yán)格控制是最關(guān)鍵的安全要素之一。在上述類(lèi)型的危險(xiǎn)和高溫易分解聚合物的擠出成型加工中，精密擠出機(jī)可以發(fā)揮不可替代的作用。         (3) 反應(yīng)擠出成型的要求：現(xiàn)代擠出機(jī)除了塑化功能外，還具備化學(xué)反應(yīng)器的功能，物料在擠出機(jī)中可以完成本體聚合、化學(xué)接枝、鍵間共聚物的獲取、偶聯(lián)/交聯(lián)、可控降解、功能化和官能團(tuán)的改性、高分子合金的制備、納米/高聚物復(fù)合材料的制備等。反應(yīng)擠出過(guò)程需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度、壓力、物料停留時(shí)間及其分布等過(guò)程參數(shù)，以及反應(yīng)物料與外界的熱量傳遞等，普通擠出機(jī)往往是不能勝任的，精密擠出成型機(jī)為各種復(fù)雜的反應(yīng)擠出工藝提供了必要的裝備條件。         （4）高速化擠出的基礎(chǔ)：據(jù)資料報(bào)道，日本池貝公司的D30單螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速高達(dá)3000r/min，產(chǎn)量可達(dá)300kg/h。國(guó)外錐形雙螺桿擠出機(jī)用于生產(chǎn)PVC管材，單機(jī)產(chǎn)量可達(dá)1100～1500kg/h；平行雙螺桿擠出機(jī)的螺桿直徑已超過(guò)300mm，長(zhǎng)徑比最高達(dá)100，螺桿最高轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min，WP公司的ZSK133系列機(jī)的產(chǎn)量達(dá)到7000～11000kg/h。醫(yī)用導(dǎo)管的線速度可以達(dá)到250 m/min，薄膜的線速度可以達(dá)到500m/min，包覆電纜的線速度也可以達(dá)到500m/min以上。在擠出生產(chǎn)高速化的同時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)保證成型過(guò)程的精密可控。如果不能保證制品成型的精度，則生產(chǎn)速度越高，廢品越多。在此意義上，可以說(shuō)精密化是高速化的基礎(chǔ)         （5）減少制品材料消耗的需要：擠出成型制品因幾何精度較低造成的浪費(fèi)是十分驚人的，采用常規(guī)擠出裝備生產(chǎn)的板、片、膜、管的壁厚不均勻度一般可達(dá)8%至10%，由此造成的材料浪費(fèi)可達(dá)8%左右。按近年我國(guó)塑料制品的產(chǎn)量21000kt為基數(shù)，擠出成型制品的年產(chǎn)量12600kt計(jì)算，我國(guó)每年由于擠出制品的幾何精度低就浪費(fèi)掉100多萬(wàn)噸樹(shù)脂。如果20%的制品采用精密擠出技術(shù)和裝備來(lái)生產(chǎn)，我國(guó)每年就可以節(jié)約樹(shù)脂消耗量10萬(wàn)噸左右，經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)8億元。                   國(guó)內(nèi)外精密擠出成型技術(shù)及裝備的差距                  目前國(guó)產(chǎn)擠出裝備的銷(xiāo)售量為8000余套/年，銷(xiāo)售額30億元左右，進(jìn)口擠出裝備2000余臺(tái)套/年，進(jìn)口額2億美元左右（約20億人民幣），進(jìn)口擠出裝備主要為大型和精密設(shè)備，其單價(jià)為國(guó)內(nèi)設(shè)備的8～10倍，其附加值明顯高于國(guó)內(nèi)設(shè)備。                  進(jìn)口的擠出設(shè)備主要有大口徑實(shí)壁管和波紋管生產(chǎn)線、土工膜生產(chǎn)線、雙向拉伸膜（BOPP、BOPET、BOPA、BOPS等）生產(chǎn)線、滴灌管生產(chǎn)線、醫(yī)用導(dǎo)管生產(chǎn)線、音像片基和感光片基生產(chǎn)線、石化用大型雙螺桿擠出造粒裝備，以及各種實(shí)驗(yàn)室用多功能擠出機(jī)等。這些進(jìn)口擠出裝備之所以能夠以很高的價(jià)格進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，主要依靠技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在高精密度、高速和高效率、高可靠性。                  圖1為日本伊藤忠TEXMAC公司共擠出雙內(nèi)腔導(dǎo)管醫(yī)用導(dǎo)管生產(chǎn)裝備，報(bào)價(jià)100萬(wàn)美元。該裝備包括三臺(tái)擠出機(jī)，分別成型兩個(gè)內(nèi)腔導(dǎo)管和外包覆套管，內(nèi)腔導(dǎo)管的成型及其與外包覆套管的復(fù)合在一套模具中一次完成。為了確保導(dǎo)管幾何尺寸的穩(wěn)定性，三臺(tái)擠出機(jī)均配備了熔體齒輪泵，同時(shí)牽引機(jī)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在線測(cè)試儀隨時(shí)監(jiān)控導(dǎo)管的幾何尺寸，為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供必要的數(shù)據(jù)。該設(shè)備經(jīng)變換模具，可以生產(chǎn)各種形狀的醫(yī)用導(dǎo)管，見(jiàn)圖2。         美國(guó)PEI（Precision Extrusion, Inc.）公司用于生產(chǎn)醫(yī)用導(dǎo)管的精密擠出機(jī)，采用特殊的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，以及統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù)，使得擠出機(jī)各段溫度偏差可以控制在±1℃，管材的壁厚偏差可以控制在2％以?xún)?nèi)。相比之下，高產(chǎn)擠出設(shè)備的控溫精度一般在5℃～10℃，管材的壁厚偏差在10％以上，根本無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)醫(yī)用導(dǎo)管、光導(dǎo)纖維等高精度制品的要求。這類(lèi)高精密擠出設(shè)備目前主要依賴(lài)進(jìn)口。                  高產(chǎn)擠出設(shè)備無(wú)論是在實(shí)際水平，還是加工水平上都與國(guó)外先進(jìn)水平存在15～20年的差距。在實(shí)時(shí)工藝參數(shù)和制品參數(shù)監(jiān)測(cè)，以及先進(jìn)控制技術(shù)的采用方面存在的差距也很大，先進(jìn)的高精度在線檢測(cè)儀器主要依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)寥寥可數(shù)，且與國(guó)外產(chǎn)品的差距在10年以上。                  ◆ 設(shè)計(jì)水平和技術(shù)創(chuàng)新能力上的差距：國(guó)外先進(jìn)的塑料機(jī)械加工企業(yè)都有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新能力，如日本的Nissei公司設(shè)有五個(gè)技術(shù)研究中心，擁有376名注塑成型技術(shù)工程師，占員工總?cè)藬?shù)的46.1％，獲專(zhuān)利技術(shù)1470項(xiàng)。相比之下，國(guó)內(nèi)塑料機(jī)械企業(yè)中大學(xué)以上的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員不足10％，企業(yè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)少，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品一般以仿制為主，CAD、CAE、CAM應(yīng)用還處于初級(jí)階段，多數(shù)企業(yè)不具備實(shí)質(zhì)上的技術(shù)創(chuàng)新能力。                  ◆ 國(guó)內(nèi)外機(jī)電行業(yè)整體水平上的差距：國(guó)外塑料機(jī)械制造行業(yè)普遍采用CAD、CAE、CAM技術(shù)，以及高精密度的數(shù)控加工中心。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高速銑床的主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)40000～100000r/min，并可獲得Ra≤1mm的表面粗糙度；加工精度超過(guò)1mm的超精加工技術(shù)和集電、化學(xué)、超聲波、激光等技術(shù)綜合在一起的復(fù)合加工,將塑料機(jī)械的加工水平大大提升。國(guó)外螺桿端面跳動(dòng)誤差不大于0.01mm；螺桿外徑誤差可以控制在0.005mm以下；螺桿外表面和料筒內(nèi)表面的粗糙度Ra不大于0.2mm；注塑機(jī)模板的形位公差不大于±0.02mm/1000mm。國(guó)內(nèi)近年來(lái)從國(guó)外進(jìn)口了一些高精度的機(jī)加工裝備，但整體水平與國(guó)外先進(jìn)水平有很大的差距。         ◆ 在線檢測(cè)和自動(dòng)控制水平上的差距：國(guó)外精密擠出裝備上普遍采用基于激光、光學(xué)、電磁、超聲波、感應(yīng)式、氣流感應(yīng)式等原理的測(cè)量裝置。前三種方法主要用于測(cè)量擠出物的外形尺寸，后四種用于測(cè)量產(chǎn)品的壁厚。激光測(cè)量?jī)x經(jīng)常用于測(cè)量管材和包覆電纜的外徑，根據(jù)測(cè)量范圍的不同，分辨率為0.001～0.01 mm。在自動(dòng)控制方面，除了PLC控制以外，模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù)等先進(jìn)控制技術(shù)在精密擠出裝備上發(fā)揮了舉足輕重的作用。而國(guó)內(nèi)的擠出裝備控制技術(shù)僅停留在初級(jí)PLC控制階段，多為開(kāi)環(huán)控制或簡(jiǎn)單的聯(lián)動(dòng)控制，由于缺少在線測(cè)量?jī)x器和先進(jìn)的控制軟件，所以閉環(huán)控制很少采用。 （待續(xù)）